Avaliação do funcionamento hidráulico de descarga de fundo do tipo tubo ranhurado em barragens de pequena altura

Abstract

O sedimento trazido pelos rios se deposita em reservatórios de barragens em função da diminuição da velocidade do escoamento. A sedimentação ocupa volume útil do reservat-rio e pode ameaçar o funcionamento de tomadas de água durante a vida útil dos aproveitamentos hídricos. Descarregadores de fundo são estruturas presentes em barragens cuja função, entre outras, é a remoção de sedimentos que se depositam junto ao barramento. A remoção de sedimentos se dá através da capacidade de transporte do escoamento, que se acelera ao fluir em direção ao descarregador de fundo. Diversos autores propuseram equações para representar o fenômeno, sendo que este se limita a uma região próxima ao descarregador quando a operação se dá na condição de pressure flushing. Dada a restrita remoção gerada pelos descarregadores tradicionais, este trabalho propõe uma nova configuração de descarregador de fundo, denominado tipo tubo ranhurado, que visa aumentar o alcance de remoção de sedimentos para barragens de pequena altura (inferior a 15 m). Foi empregado um modelo físico experimental, com 4 diâmetros de descarga de fundo, para avaliar a remoção de dois tipos de sedimento: areia e borracha processada. Através da análise da batimetria gerada após o acionamento da estrutura, desenvolveu-se uma relação adimensional que estima o alcance de remoção de sedimento na condição de pressure flushing em função de parâmetros do escoamento, do sedimento e da descarga de fundo. A equação obtida apresenta bom ajuste aos dados experimentais, tendo-se em conta a dispersão usualmente observada em pesquisas relacionadas a sedimentos.

El sedimento transportado por los ríos se deposita en embalses de presas en función de la disminución de la velocidad del flujo. La sedimentación ocupa volumen útil del embalse y puede amenazar el funcionamiento de tomas de agua durante la vida útil de los aprove-chamientos hídricos. Descargadores de fondo son estructuras presentes en presas cuya fun-ción, entre otras, es la remoción de sedimentos que se depositan junto al cierre. La remo-ción de sedimentos se da a través de la capacidad de transporte del escurrimiento, que se acelera al fluir en dirección al descargador de fondo. Diversos autores han propuesto ecua-ciones que representan el fenómeno, siendo este limitado a una región cercana al descarga-dor cuando su operación se da en la condición de pressure flushing. Dada la limitada re-moción generada por los descargadores tradicionales, este trabajo propone una nueva con-figuración de descarga de fondo, denominada tipo tubo ranurado, que visa aumentar el alcance de remoción de sedimentos para presas de baja altura (inferior a 15 m). Se empleó un modelo físico experimental, con 4 diámetros de descarga de fondo, para evaluar la re-moción de dos tipos de sedimento: arena y caucho procesado. A través del análisis de la batimetría generada tras el accionamiento de la estructura, se desarrolló una relación adi-mensional que estima el alcance de remoción de sedimentos en la condición de pressure flushing en función de parámetros del flujo, del sedimento y del descargador de fondo. La ecuación obtenida presenta buen ajuste a los datos experimentales, teniéndose en cuenta la dispersión usualmente observada en investigaciones relacionadas a sedimentos.

Sediment deposition in dam’s reservoirs occurs due to the decrease of flow velocity. Sedi-mentation occupies reservoir’s volume and may threaten water intakes during the life span of dams. Bottom outlets are structures present in dams whose function, among others, is removing sediment deposited near to the dam. Desilting occurs through the flow’s carrying capacity, which accelerates when flowing towards the bottom outlet. Several authors have proposed equation that represent the phenomenon, which is limited ti a region close to the outlet when it operates under pressure flushing condition. Due to the restricted removal generated by traditional bottom outlets, this work proposes a new type of bottom outlet, named slotted pipe, which aims to increase the sediment removal reach for small dams (lower than 15 m). A physical experimental model was used, with four diameter of bottom outlet, to evaluate the removal of two types of sediment: sand and crumb rubber. Through the analysis of the bathymetry generated after the activation of the structure, a dimension-less relation that estimates the removal reach under the pressure flushing condition was derived based on flow, sediment and bottom outlet parameters. The equation obtained shows good adjustment to experimental data, considering the usual dispersion observed in researches related to sediment.